取力器設(shè)計(jì)與應(yīng)用

左管軍

(西安雙特智能傳動(dòng)有限公司，西安 710119)

取力器設(shè)計(jì)與應(yīng)用

左管軍

(西安雙特智能傳動(dòng)有限公司，西安 710119)

取力器為傳遞扭矩的媒介，在發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪端或變速箱輸出端通過(guò)齒輪嚙合傳遞扭矩。討論一款適合于重型自動(dòng)變速箱的取力器的設(shè)計(jì)、驗(yàn)證過(guò)程及安裝原理。此款取力器自帶離合器，依靠液壓結(jié)合分離，適合各種特種車需要，為同類開(kāi)發(fā)提供了參考。

取力器；扭矩；離合器

0 引言

文中研究的取力器基于國(guó)內(nèi)使用的實(shí)際情況而開(kāi)發(fā)，為電子液壓控制換擋可開(kāi)關(guān)式取力器，適用于消防車、吊車等需要額外扭矩輸出的應(yīng)用場(chǎng)合。殼體、軸、齒輪類零件由法士特生產(chǎn)，摩擦片采購(gòu)卡萊或達(dá)耐時(shí)產(chǎn)品，電磁閥采購(gòu)PARKER公司的產(chǎn)品。此取力器為側(cè)置式取力器，要求同一款取力器可以同時(shí)安裝在不同款自動(dòng)變速器上, 可靠性及性能指標(biāo)滿足QC/T 319《專用汽車取力器》要求。

1 設(shè)計(jì)參數(shù)及結(jié)構(gòu)形式

此取力器最大輸出扭矩700 N·m, 最高輸入轉(zhuǎn)速2 200 r/min,單輸入輸出，單速比，液壓換擋。采用兩組齒輪實(shí)現(xiàn)要求速比, 取力部位在變速器前部1點(diǎn)鐘或是8點(diǎn)鐘位置(從后往前看)。

2 結(jié)構(gòu)布置

由于取力器在變速器上的安裝面為標(biāo)準(zhǔn)的10孔安裝，受變速器外形和底盤空間的限制，要求取力器設(shè)計(jì)非常緊湊。經(jīng)過(guò)認(rèn)真細(xì)致布置，最終設(shè)計(jì)方案外形圖如圖1所示,結(jié)構(gòu)布置及原理如圖2所示。

圖1 取力器外形圖

圖2 取力器內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

3 參數(shù)確定和相關(guān)計(jì)算

3.1 齒數(shù)確定和速比

確定的取力器齒輪齒數(shù)如表1所示。

表1 AQC70各齒輪齒數(shù)

3.2 齒輪幾何參數(shù)和齒輪、軸承壽命計(jì)算

使用Romax軟件建立的AQC70取力器模型如圖3所示。

圖3 取力器Romax模型

校核工況為：最高輸入轉(zhuǎn)速1 500 r/min；最大輸出扭矩700 N·m;持續(xù)時(shí)間120 h。校核結(jié)果為輸出齒輪組接觸安全系數(shù)稍低于設(shè)定的接觸安全系數(shù)，輸入軸圓錐滾子軸承33205損傷率比較高。實(shí)際情況有待試驗(yàn)驗(yàn)證。

3.3 取力器軸強(qiáng)度、疲勞計(jì)算

軸材料采用美國(guó)牌號(hào)的8620RH鋼材，軸的熱處理要求為滲碳淬火。通過(guò)彎矩和扭矩圖,得到受載荷最大的截面,然后校核該截面的強(qiáng)度。由于軸受載荷脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力，故取α=0.6。最終求得軸的彎曲應(yīng)力：

許用彎曲應(yīng)力[σ-1]=60 MPa,σ<[σ-1]，可知安全。

校核軸的疲勞壽命時(shí)，對(duì)應(yīng)力集中、直徑較小的截面進(jìn)行校核。

[S]=1.5,由Sca>[S]可知軸安全。

由取力器Romax模型和校核計(jì)算結(jié)果可知，取力器軸強(qiáng)度和疲勞壽命在要求的工況下足夠。

4 取力器試驗(yàn)驗(yàn)證

4.1 取力器2萬(wàn)次換擋試驗(yàn)

將變速器安裝在試驗(yàn)臺(tái)上，用兩個(gè)定位銷將取力器安裝在變速器1點(diǎn)鐘位置，然后安裝變速器的壓力傳感器、流量計(jì)、溫度計(jì)、冷卻器和油管，取力器進(jìn)出油口壓力傳感器、出口溫度傳感器及油管。連接線路，開(kāi)始試驗(yàn)。換擋試驗(yàn)曲線如圖4所示。

圖4 換擋試驗(yàn)曲線

由圖4可以看出：離合結(jié)合時(shí)間為0.57 s，分離時(shí)間為0.54 s，工作時(shí)取力器進(jìn)口壓力為1.72 MPa，出口壓力為1.36 MPa，從實(shí)驗(yàn)過(guò)程發(fā)現(xiàn)，隨著溫度升高，主調(diào)壓閥壓力降低，取力器進(jìn)出口壓力也降低。換擋時(shí)峰值流量為3.9 L/min，不工作時(shí)潤(rùn)滑流量為2.08 L/min。

2萬(wàn)次換擋試驗(yàn)完成后，對(duì)其進(jìn)行了拆解分析。除活塞處

卡環(huán)由于疲勞形變而變脆外，摩擦片、對(duì)偶片無(wú)磨損，O形圈完好，彈簧剛度變化小于4%，活塞、活塞座有輕微磨損，軸承完好。達(dá)到了換擋性能試驗(yàn)的要求，順利完成2萬(wàn)次換擋試驗(yàn)。

4.2 取力器120 h耐久試驗(yàn)

將變速器安裝在試驗(yàn)臺(tái)上，用兩個(gè)定位銷將取力器安裝在變速器1點(diǎn)鐘位置，然后安裝變速器的壓力傳感器、流量計(jì)、溫度計(jì)、冷卻器和油管，取力器進(jìn)出油口壓力傳感器、出口溫度傳感器及油管。由于取力器輸出軸與試驗(yàn)室加載電機(jī)的輸出軸不在一個(gè)中心線上，選購(gòu)了一臺(tái)分動(dòng)箱進(jìn)行中心線的調(diào)整，然后用兩根傳動(dòng)軸將加載電機(jī)與取力器輸出軸連接起來(lái)，并對(duì)分動(dòng)箱加裝了冷卻系統(tǒng)。電控工程師進(jìn)行線路的連接，試驗(yàn)開(kāi)始。取力器耐久試驗(yàn)安裝如圖5所示。

120 h耐久試驗(yàn)完成后，同樣進(jìn)行了拆解分析。摩擦片對(duì)偶片有輕微磨損，無(wú)燒結(jié)，說(shuō)明承載和潤(rùn)滑良好；齒輪無(wú)斷齒現(xiàn)象，但有磨損、輕微點(diǎn)蝕和偏載現(xiàn)象；軸承有可接受的輕微磨損，說(shuō)明承載和潤(rùn)滑良好；其他零件無(wú)磨損、斷裂現(xiàn)象，整個(gè)取力器無(wú)漏油現(xiàn)象。達(dá)到壽命試驗(yàn)的要求，耐久試驗(yàn)順利完成。

圖5 耐久試驗(yàn)安裝圖

5 取力器安裝

取力器換擋裝置安裝(無(wú)電子超速控制)簡(jiǎn)圖如圖6所示。

圖6 取力器換擋裝置安裝簡(jiǎn)圖(無(wú)電子超速控制)

取力器換擋裝置安裝(帶電子超速控制)簡(jiǎn)圖如圖7所示,實(shí)際安裝外觀圖如圖8所示。

圖7 取力器換擋裝置安裝簡(jiǎn)圖(帶電子超速控制)

圖8 安裝外觀圖

6 結(jié)論

此取力器經(jīng)過(guò)試制、試驗(yàn)驗(yàn)證、實(shí)車應(yīng)用，滿足額外扭矩輸出需求?，F(xiàn)階段已批量應(yīng)用于專用車、工程礦用車等領(lǐng)域，在帶來(lái)經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，為進(jìn)一步同類開(kāi)發(fā)積累了經(jīng)驗(yàn)。

【1】余志生．汽車?yán)碚揫M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011.

【2】朱孝錄.齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].2版.北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2010.

【3】張展.實(shí)用齒輪設(shè)計(jì)計(jì)算手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2011.

【4】郭術(shù)義.齒輪三維快速造型與仿真[M].北京：科學(xué)出版社，2010.

Design and Application of the Power Takeoff

ZUO Guanjun

(Xi’an FC Intelligence Transmission Co.,Ltd., Xi’an Shaanxi 710119,China)

The power takeoff is a medium for transmitting the torque. It is fitted on the end of the engine flywheel or the transmission output end to transfer torque through gear meshing. The design, verification process and installation principle of a power takeoff which was suitable for heavy automatic transmission were discussed. The power takeoff comes with clutch; relying on hydraulic separation and combination,it is suitable for a variety of special vehicles. It provides reference for similar development.

Power takeoff；Torque；Clutch

2016-12-14

左管軍(1980—)，男，碩士，工程師，研究方向?yàn)槠嚳偝稍O(shè)計(jì)與制造。E-mail：junjunzuo@163.com。

10.19466/j.cnki.1674-1986.2017.04.008

U469.6+8

A

1674-1986(2017)04-032-04